黄茹月 陈鹏

摘要 城市内涝灾害频发，已给城市居民生命、财产及基础设施造成巨大损失。为了减少城市内涝灾害造成的损失及其提高应急能力，亟需对其进行应急救援调度研究，以达到防灾减灾的目的。在长春市南关区研究区，以城市内涝灾害应急调度为研究对象，以道路、应急救援物资等数据为基础，采用非线性整数规划方法综合构建城市内涝灾害应急调度模型，实现城市内涝灾害应急调度最优化。研究结论：在考虑了潜在初始受灾点的影响时，同一内涝点可能不是只由到它时间最短的一个物资点为其提供服务，且受调运效率参数的影响，原最短路径不一定是最佳的选择，这是突发事件应急管理资源调度的一个关键特点研究结果可为城市内涝灾害减少损失及应急管理提供决策依据。

关键词 内涝灾害;应急救援;应急调度

中图分类号：P426.616

文献标识码：A

文章编号：2095-3305（2021）02-097-03

随着城市化进程与全球气候变暖日益加剧，导致城市暴雨内涝灾害频发，已经严重阻碍了我国城市可持续发展。因此，进行城市暴雨内涝灾害应急研究对城市可持续发展及保障城市居民生命、财产安全具有重大战略意义。从系统控制理论的角度分析城市内涝灾害救援与调度指挥过程，关键在于救援力量的实时调度与决策控制模型，而建模与控制的侧重点是解决系统的数量决策问题。

由于内涝灾害是随机事件，因而救援对策是受内涝灾害发生的时间、地点、气象等多个因素所制约。根据对城市内涝灾害的统计和分析，发现只要及时地实施救援就可以避免更大的损失。但是在实际当中往往由于救援资源调度不当等各种迟滞因素而不能尽早赶到，进而丧失了对灾害救援的良好时机。因此，城市内涝灾害救援调度中优化调度的问题成为当务之急。城市内涝灾害救援调度，就是依据城市内淓灾害的特点和现有资源情况，最合理地调配各类资源，使救援活动的实现既符合资源的约東条件，又能使相应的系统性能指标以及对内涝灾害的控制效果达到最优。

为了达到上述目的，采用非线性整数规划模型进行应急救援调度研究，利用该模型进行调度不仅考虑调运时间最小，同时考虑调运效率参数。研究结果不仅可以提高城市内涝灾害应急救援效率，亦可为城市内涝灾害应急管理提供决策依据。

1研究区概况与数据

南关区位于吉林省长春市的中南部，西南部与长春高新技术产业开发区毗领，东南部与长春经济技术开发区和长春净月潭旅游经济开发区相连，总面积497km2。南关区气候介于东部山地湿润与西部平原半干早区之间的过渡带，属温带大陆性半湿润季风气候类型。东部和南部虽距海洋不远，但由于长白山地的阻挡，削弱了夏季风的作用;西部和北部为地势平坦的松辽平原，西伯利亚极地大陆气团畅通无阻，故气候总的特点是冬季严寒漫长，春季干旱多风，夏季温暖短促，秋季晴朗温差大。冬季，盛行偏西风，气候寒冷、干燥，最大风速可达30m/s。夏季，东南风盛行。年均温4.9℃。年均降水量593.8mm。近些年，长春市频发内涝灾害，如2019年8月18日，研究区发生严重内涝灾害，最深积水超1.5m，造成车、人员被困，生命受到威胁。

2城市暴雨内淓灾害应急救援模型构建

2.1约束条件设定

城市暴雨内涝灾害应急救援是在物资服务中心原有应急救援人员以及应急救援物资基础上进行的应急调度。对需求点进行救援物资以及救援人员调度时，每个物资服务库并不可以将其所有的救援人员调运到救援现场不仅有可能在此物资库服务中心辖区内发生其他内涝灾害，而且物资库一旦发生威胁，会对其他受灾点的救援工作产生影响，因此，通常规定应急救援人员调运的数量原则上不能超过该物资服务中心总量的80%，应急救援物资的数量根据应急救援人员的数量而定。此外，参与应急救援的人数并非越多越好，人数过多不仅容易造成救援现场的混乱，而且会造成救援效率下降，同时会造成更多的损失。当然，应急救援人员的数量也不能少于需求点的救援要求，否则就会因应急救援人员和应急救援物资的不足而造成更大的损失。

2.2救援调度模型构建

整数规划问题是运等学中一门重要内容，其广泛应用于许多工程领域，如资源管理、调度、可靠性优化等。作线性整数规划问题是当今最优化问题研究的难点和重点。整数规划问题是在一些等式约束、不等式约束和整数变量的限制下，最小化或最大化一个目标函数的优化问题。如果问题中所有函数都是线性的，那就是线性整数规划问题，否则就是非线性整数规划问题。研究整数规划的主要任务就是设计一些有效算法来解决各种涉及整数变量的实际问题。本研究采用非线性整数规划模型进行应急调度研究，利用该模型进行调度不仅考虑调运时间最小，同时考虑调运效率参数。

目标函数为：

约束条件为：

式中：为城市暴雨内涝灾害救援物资库集，i∈1;F为受灾点集，j∈FK為城市暴雨内涝灾害救援物物资库到积涝点j的路径标号集;H为救援物资库到受灾点j的路径长度集，h∈H;K为城市暴雨内涝灾害救援物资库到受灾点j的采用第k条路径调运的物资量;Y为0-1变量，表示若物资库对受灾j采用第k条路径调运物资，则取1，否则为0;R，为受灾点所需要的救援物资量;41为物资库的资源拥有量;FBwD，物资库i到受灾点j以第k条路径调运物资的调运困难度;B物资库到受灾点j第k条路径调上的限流容量;ハ物资库到受灾点j以第k条路径调运物资所需要的时间。

道路容量反映了道路对交通需求的处理能力，是道路在规模和布局上能否满足交通需求的极限状态。交通网络是一个复杂的、随机开放的系统，影响因素众多。但是通常如表1对道路交通容量进行计算，其中不同等级的公路其路径容量不同。

3实证研究

以长春市南关区2019年8月18日暴雨为例，进行实证研究。研究区从17日到18日开始普降暴雨，其中局部雨量超过100mm，造成市区多条路段严重积水，形成内涝灾害。将城市暴雨内涝灾害应急救援物资库作为服务点，即已知应急救援物资库服务点集{1，2，3，45，6，7가，根据应急物资库救授原则，假定服务点供应受灾点救援设备，同时还供应应急救援人员。受灾点集合为-{1，2，3，4，5}。通过对受灾点做缓冲分析找到各自对应的服务点。假设各应急救援物资点配备救援人员分别为A={260};受灾点根据实际分别需要救援人数为R-（120.22，100，80.160};所要经过的车速度为40kmh，即K1-K2=K3=10kmvh;排水设备每个受灾点分别为6台、8台、5台、4台、5台。利用公式计算所调运应急救援人员和物资的路径容量。

Bn-40x4×0.85×0.65-88辆h（8）

Bn2=Bi13=Bn-88辆/h

结合实际分析，如果让7个应急物资点救援人员全部参与救援，则救援人员较多，容易造成救援现场混乱。所以，只需找到最近对应的救援物资点进行救援即可。如果两个应急救援点都参与救援且供应救援物资，则5个物资点提供的应急救援人员1300人。因此，根据实际救援需要，应急人员调运就近原则，从物资库，从1号物资点调运160名应急救援人员，则在3号物资点只需调运60名应急救援人员。因此，从1、3号物资点需要调运的排水设施台数分别为6、5台。

选取南关区一个受灾点为例，从应急救援物资点进行应急人员及排水设备调运时，如选择1号路径调度时f（x）=806.25;选择2号路径进行调度时：f（x）=799.10;选取3号路径进行调度时：f（x）-689.35。可见，选取3号路径进行调度时f（x）值最小，所以路径最优（图1）。

依据上述最优路径及调运参数分析，分别从不同应急救援物资点调运应急救援人员与排水设备时，依据从近至远的原则依次调度（表2、表3）。

由此可知，在城市暴雨内涝灾害应急救援时，不能仅依据正常运输时间的长短来确定调度要行走的路径。同时，考虑了潜在初始点的影响，同一内涝点可能不是只由到它时间最短的一个物资点为它提供服务;而且，由于调运效率参数的影响，本来是最短路径的道路不一定是最佳的选择，这是突发事件应急管理资源调度的一个关键特点。

4结论

近些年，城市暴雨内涝灾害频发给居民生命财产及基础设施造成巨大损失，准确掌握城市内涝灾害应急救援调度方式、方法，可最大程度地减少内涝灾害造成的损失，为城市防灾减灾提供决策依据。以长春市南关区为例，利用运筹学理论中的非线性规划方法，结合GIS技术中的空间分析技术，构建暴雨内涝灾害应急救援调度模型。模型中考虑了应急救援过程影响救援最优路径的道路通行困难度及在实际调运过程中调运效率问题，针对不同服务区服务能力以及路径容量限制等约束条件下讨论该问题，实现物资服务中心应急物资调度的最优、时间最小化。文中虽构建了城市内涝灾害应急救援调度最优化模型，但在模型构建过程中未考虑道路的通行能力及高峰流量的等问题。因此，在未来研究中将进一步采集相关道路通行数据，以提高模型结果精度，更好地为城市内涝灾害防灾减灾提供服务

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责任编辑：黄艳飞